Die Kühldecke gehört zur Gruppe der Flächenheiz-/kühlsysteme. Als Kühldecke gilt eine Raumdecke, deren Temperatur unterhalb der Raumlufttemperatur gebracht und gehalten wird. Dies geschieht durch geschlossene Kreisläufe von gekühltem Wasser. Da Letzteres eine gewisse Temperatur nicht unterschreiten darf (etwa 16 °C, um eine Bildung von Tauwasser zu vermeiden), können idealerweise natürliche Ressourcen wie das Erdreich oder Grundwasser zur Vorkühlung verwendet werden. Es gibt aber bereits auch eine Kühldecke, die mit Vorlauftemperaturen von 8–10 °C arbeitet, ohne dass Tauwasser anfällt. Dabei hält eine spezielle IR-durchlässige Folienmembran die feuchte Raumluft fern von der gekühlten Fläche. Diese neuartige Technologie wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut entwickelt und patentiert.

Arbeitsweise

Kühldecken entziehen dem Raum Wärme.

Herkömmliche Kühldecken oder -elemente arbeiten auch bei Kühlwassertemperaturen unter 16 °C, falls eine vorhandene Lüftungsanlage als Zentral- oder Dezentralgerät die eingeblasene Zuluft vorentfeuchtet hat oder die Feuchtelast durch Stoßlüftung über Fenster abgeführt wird. Im Gegensatz zum Heizen kann beim Kühlen die Wassertemperatur nicht beliebig tief gefahren werden, da ansonsten die Gefahr der Taubildung besteht. Dies liegt daran, dass die Luft, abhängig von der Temperatur, nur eine bestimmte Menge an Wasserdampf aufnehmen kann. Je höher die Lufttemperatur ist, umso mehr Wasserdampf kann sie aufnehmen. Ist die Sättigungsgrenze überschritten, fällt der Wasserdampf in Form von Wasser aus. Diese Zusammenhänge sind im sogenannten h-x-Diagramm dargestellt. Wenn z. B. eine 25-grädige Luft mit einer relativen Luftfeuchte von 58 % auf etwa 16 °C abgekühlt wird, tritt eine Betauung auf. In jedem Fall sollte ein Taupunktwächter die Vorlauftemperatur der Taupunkttemperatur anpassen, d. h. diese anheben.

Grundsätzlich können Kühldecken in die beiden Gruppen Strahlungsdecken und Konvektionsdecken unterteilt werden.

Behaglichkeit

Die Kühldecke bietet gegenüber üblichen RLT-Anlagen Vorzüge aufgrund mehrerer Faktoren: Zum einen führen die geringeren Zuluftströme, die jetzt durch den Mindestluftwechsel und nicht durch die Kühllast bestimmt werden, zu geringeren Raumluftgeschwindigkeiten. Des Weiteren entspricht die empfundene Raumtemperatur etwa dem Mittelwert aus mittlerer Raumlufttemperatur und mittlerer Oberflächentemperatur der Umschließungsfläche. Eine Kühldecke ist in der Lage, ein weitgehend gleichmäßiges vertikales Temperaturprofil im Raum aufzubauen. Bei Kühldecken mit hohem Strahlungsanteil liegt die empfundene Raumtemperatur um 1,5 – 2 K unterhalb der Raumlufttemperatur, was sich auf den Komfort positiv auswirkt. Nicht zuletzt gibt der Mensch seine überschüssige Wärme zu ca. 50 % durch Strahlung auf umliegende Flächen ab. Somit kommt ein Kühldeckensystem auf der Basis der Strahlungskühlung der physiologischen Wärmeabgabe des Menschen entgegen.

Bauweisen

Leistungsermittlung

Die Leistungsermittlung hat nach DIN EN 14240 in einem genormten Prüfraum zu erfolgen. Für Kühldecken mit glatter Oberfläche und eingegossenen bzw. eingeputzten Rohrregistern (homogene Systeme) kann mit sehr gutem Ergebnis ein allgemeingültiges Berechnungsverfahren auch auf der Basis des Algorithmus von FAXEN verwendet werden, das für alle Rohrabmessungen und Rohrabstände anwendbar ist. Die Ergebnisse sind an Messwerten verifiziert worden und haben sich auch bei der Leistungsermittlung von Fußbodenheizungen bewährt. Für Konstruktionen mit Kontaktflächen zwischen den Rohren und der Deckenplatte (heterogene Systeme) sind spezielle, konstruktionsbezogene Berechnungsverfahren entwickelt worden. Da die Simulation der Leistung bedeutend kostengünstiger als die Normprüfung ist, haben die Simulationsverfahren große Bedeutung bei der Komponentenentwicklung erlangt. Somit sind nur noch abschließende Normprüfungen nach DIN EN 14240 erforderlich. Sehr kompliziert gestaltet sich die Leistungsbestimmung von Kühldecken mit PCM-Anteil, da sich während des Betriebes ein Phasenwandel im Material vollzieht, wodurch Wärmespeichereffekte auftreten. Hierfür ist das Normprüfverfahren nicht anwendbar und experimentelle Untersuchungen sind wegen der zeitlich unterschiedlichen Randbedingungen außerordentlich aufwendig. Aus diesem Grund sind Berechnungsalgorithmen zur wärmetechnischen Simulation dieser Bauteile entwickelt worden. Die genannten Simulationsmodelle sind kostenlos downloadbar.

Wichtig beim Vergleich der einzelnen Kühldeckensystemleistungen sind die einzelnen Prüfverfahren. Es gibt die verschiedensten Anwendungen, wie z. B. eine Decke mit offener Fuge von ca. 100 mm, wobei die Decke dann nicht als geschlossene Decke betrachtet werden kann.

Die „alte“ Kühlleistungsprüfung nach DIN 4715-1 wurde bei einer Normuntertemperatur von 10 K durchgeführt. Es wird jedoch beim Vergleich der beiden Normen oft vergessen, dass bei 10 K Untertemperatur es schon zu einer Taupunktunterschreitung kommen kann. Beispielsweise benötigt man bei gewünschten 26 °C Raumtemperatur und 10 K Untertemperatur eine Vorlauftemperatur unter 16 °C, welche in den meisten Fällen nicht durchführbar ist.

Die neue Norm nach DIN EN 14240 berücksichtigt diese Problematik und wird bei einer Untertemperatur von 8 K gemessen, was in der Realität besser zutrifft.

Jedoch muss man dann von der „alten“ Norm mit einem speziellen Verfahren auf die neue Norm umrechnen, damit man die Werte richtig vergleichen kann. Hier können des Öfteren bewusst oder unbewusst Fehler auftreten und so verschiedene Systeme untereinander nicht richtig verglichen werden.

Schallabsorption mit Kühldecken

Zur Verbesserung der Schallabsorption werden bei den meisten Kühldeckensystemen Einlagen eingesetzt. Hierbei handelt es sich meistens um Akustikvliese oder Mineralwolle, die in das System integriert werden. Das Vlies dient zusätzlich als Rieselschutz bei Mineralwolleinlagen. Hierzu wird die Mineralwolle in PE-Folie geschweißt. Dies ist besonders wichtig, da durch den Temperaturunterschied zwischen dem Deckenhohlraum und dem Raum eine Luftzirkulation entsteht, die die einzelnen Fasern der Mineralwolle aufwirbelt und in den Raum transportiert.

Kühldeckenhydraulik

Ein Kühlfeld besteht aus einem oder mehreren aktiven Kühldeckenelementen, die in Reihe zusammengeschlossen werden (z. B. durch edelstahlumflochtene Kunststoffschläuche). Dies ist Voraussetzung für eine gleichmäßige Durchströmung. Die Anzahl der aktiven Kühldecken ist so zu wählen, dass sich ein gewisser Druckverlust einstellt. Der Druckverlust nimmt Einfluss auf die spezifische Heiz- bzw. Kühlleistung. Ab einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit wird aus der laminaren Strömung die turbulente Strömung. Dies wird beeinflusst durch die Größe des Rohrquerschnitts. Für eine optimale Wärmeaufnahme des Mediums ist eine turbulente Strömungsform erforderlich, die durch den gewissen Druckverlust entsteht.

Eine Regelzone besteht aus einem oder mehreren Kühlfeldern, die parallel an eine Verteilerleitung angeschlossen sind. Die Regelzonen sind vorwiegend raumweise oder achsweise gewählt. Die Größe der Regelzonen wird durch die Regelgruppe begrenzt. Mit dieser Regelgruppe wird der gesamte Kühlvorgang gesteuert.

Vorteile einer Kühldecke

Herkömmliche Klimasysteme, welche die Kühlung der Räumlichkeiten mit einer Zufuhr von gekühlter Luft erzielen, verursachen oft einen unangenehmen Luftzug. Nicht so die Kühldecke, die sich positiv auf den Komfort auswirkt. Außerdem liegt die empfundene Raumtemperatur meist leicht unterhalb der Raumlufttemperatur, was einen weiteren Zuwachs an Behaglichkeit und Energieeinsparungen bedeutet.

Weblinks

Einzelnachweise

1. ↑ Dr.-Ing. Thomas Sefker, Dipl.-Ing. Ralf Joneleit: Multifunktionale Kühlbalken - Kühlen, Belüften, Beleuchten und mehr, 1. Januar 2008. In: IKZ.de
2. ↑ Flexible Raumflächen und funktionelle Klimatisierung mit Kühlbalken - Nachrüstung von Klimaanlagen am Beispiel eines Bürogebäudes im Süd-West-Park Nürnberg, 15. September 2006. In: IKZ.de
3. ↑ Bernd Glück: Teilbericht "Innovative Wärmeübertragung und Wärmespeicherung" des vom PTJ betreuten Forschungsverbundkomplexes LowEx, 2008.